Под выражением коэффициента замещения топлива (или тепловой нагрузки на отопление) солнечных систем отопления понимается отношение количества полезной тепловой энергии Qпол, расходуемой для отопления помещения, в котором реальная температура воздушной среды составляет tвф, к количеству тепловой энергии Qтп, требуемой для обеспечения комфортной (расчётной) температуры воздушной среды отапливаемого помещения tвк, при равных значениях температуры окружающей среды t0 за определённый промежуток времени Δz (например, за сутки, месяц и отопительный сезон), то есть:

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 1

В строительной теплофизике и теплотехнике [1, 2] под выражением удельной тепловой характеристикой отапливаемого помещения по его укрупнённым теплотехническим показателям понимается отношение его суммарных тепловых потерь в окружающую среду Qтп, отнесённых к разности комфортной температуры отапливаемого помещения tвк и расчётной температуры наружного воздуха на отопление t0p, к его объёму по внешнему размеру Vнар, то есть:

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 2

Значение Qтп в (1) и (2), как правило, складывается от тепловых потерь рассматриваемого помещения через перекрытия пола (пл), потолка (пт), северную (сс), восточную (вс), западную (зс), южную (юс) стены, а также светопрозрачные ограждения (спо) и дверь (дв), то есть имеет место:

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 3

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 4

В строительной теплофизике и теплотехнике под выражением удельной тепловой характеристикой отапливаемого помещения понимается отношение его суммарных тепловых потерь в окружающую среду, отнесённых к разности комфортной температуры отапливаемого помещения и расчётной температуры наружного воздуха

Подставляя значения Qтп из (3) в отношение (2), получим

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 5

в котором (KF)пл, (KF)пт, (KF)сс, (KF)вс, (KF)зс, (KF)юсспо, (KF)юсгл и (KF)дв, - соответственно, коэффициенты тепловых потерь отапливаемого помещения через перекрытия пола, потолка, северную, южную, восточную, западную стены, а также глухой (гл) и светопрозрачной (спо) части южной стены, а также входную дверь; Fпл, Fпт, Fсс, Fвс, Fзс, Fюсспо, Fюсгл и Fдв — соответственно, площади поверхностей перекрытий пола, потолка, северной, восточной, западной стен, а также глухой и светопрозрачной частей южной стены и входной двери.

В целях создания удобств в сопоставлении значений тепловых эффективностей помещений, отличающихся между собой удельными тепловыми характеристиками, но отапливаемыми одинаковыми типами инсоляционной системы, нами предложено вести понятие об их удельной тепловой характеристике qFспо, представляющей собой отношение Σ(KF)i в формуле (4) к площади фронтальной поверхности светопроёма на южной стене Fюсспо [3], то есть:

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 6

отношение площади поверхностей глухой части южной стены Fюсгл к общей площади её поверхности:

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 7

В связи с тем, что в помещениях, отапливаемых только с помощью инсоляционных систем, основным источником тепловой энергии является солнечное излучение, поступающее через их светопроёмы на южной стене площадью фронтальной поверхности Fспо, средние за промежуток времени Δz значения Qпол и Qтп в формуле (1) могут быть как:

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 8

где tвфΔz — средняя за промежуток времени Δz фактическая температура воздушной среды помещения, отапливаемого только за счёт использования солнечной энергии с помощью инсоляционной системы; tΔz — средняя за промежуток времени Δz температура окружающей среды.

Подставляя значения в формулу (1), получим:

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 9

Результаты численного расчёта по определению среднемесячных значений ф для двух условных экспериментальных смежного [комната, расположенная в средних этажах многоэтажного дома, и находящейся в тепловом контакте с окружающей средой только через южную стену и имеющей qFспо = 4,0 Вт/ (м2·°С)] и отдельно стоящего [комната с изолированным чердаком и подвалом и находящейся в тепловом контакте с окружающей средой через северную, восточную, западную и южную стены и имеющей qFспо = 13,0 Вт/(м2·°С)] по месяцам отопительного сезона при tвк = 18 °C приведён в табл. 1. Из анализа результатов расчётных исследований (табл. 1), следует, что улучшение теплотехнических качеств наружных стеновых ограждений зданий с инсоляционной системой отопления является одним из определяющих факторов повышения их теплотехнической эффективности.

Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления . 12/2015. Фото 10